Projekt im Forschungsbereich
Numerische Modellierung und Prozessdesign

 

Effiziente numerische Methoden zur Werkzeugoptimierung in der Kaltmassivumformung (OptKMU)

In der Kaltmassivumformung werden überwiegend net-shape Bauteile gefertigt. Derartige Bauteile zeichnen sich durch eine hohe Maßhaltigkeit aus und verfügen über ausgezeichnete Bauteileigenschaften aufgrund der induzierten Kaltverfestigung während des Umformprozesses bei Raumtemperatur. Nachteilig in der Kaltmassivumformung sind die hohen Prozesskräfte, wodurch hohe Werkzeug und damit auch Maschinenbelastungen auftreten. Diese beeinflussen direkt die erreichbare Bauteilqualität. Die umfassende Modellierung des Werkzeugsystems, bestehend aus Umformmaschine und Werkzeuge, während der Prozessauslegung basierend auf den numerischen Methoden ermöglicht die Fertigung geometrisch präziser Bauteile bei verbesserter Werkzeuglebensdauer.
Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer neuartigen, gekoppelten Simulationsmethodik zur umfassenden Berechnung der Werkzeugbelastungen durch Modellierung des gesamten Werkzeugsystems und der Maschinensteifigkeit. Dadurch wird die zeiteffiziente Anwendung einer numerischen Gestaltoptimierung basierend auf der vorherrschenden Werkzeugbelastung möglich. Zuerst wird eine Methodik erarbeitet, in der die Boundary-Elemente-Methode (BEM) und die Finite-Elemente-Methode (FEM) miteinander gekoppelt werden, um Kaltmassivumformprozesse effizient berechnen zu können. Die numerischen Modelle werden anhand experimenteller Daten validiert. Durch die Kopplung der genannten Methoden wird eine umfassende sowie zeiteffiziente Betrachtung des Kaltmassivumformprozesses möglich. Dadurch werden iterative, numerische Optimierungsmaßnahmen bezüglich auftretender Spannungsmaxima und elastischen Werkzeugdehnungen über die gesamte Werkzeug-Maschine-Werkstück-Interaktion ermöglicht, was zu einer erhöhten Bauteilqualität führt. Anschließend erfolgt die Integration dieser Simulationsmethodik in einen numerischen Algorithmus zur Gestaltoptimierung. Ziel der Gestaltoptimierung ist die numerische Auslegung eines belastungsgerechten Werkzeugdesigns.

Die Projektpartner danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die Förderung des vorgestellten Forschungsvorhabens Effiziente numerische Methoden zur Werkzeugoptimierung in der Kaltmassivumformung.





 

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